RADON AND CO2 EMISSIONS IN DIFFERENT GEOLOGICAL ENVIRONMENTS AS A TOOL FOR MONITORING VOLCANIC AND SEISMIC ACTIVITY IN CENTRAL PART OF COLOMBIA

RESUMEN Se realizaron mediciones de emisiones de gas 222Rn (radon) y CO2 en suelo, durante varios años en tres diferentes ambientes geológicos en la parte central de Colombia: Volcán Nevado del Ruiz (VNR), una zona volcánica activa; Eje Cafetero (EC), una zona tectónicamente activa; y el Volcán Cerro Machín (VCM), una zona volcánica que está iniciando un proceso de reactivación. Esto con miras a comparar los niveles de emisión y hacer seguimiento a la actividad sísmica y volcánica. Se instalaron tres redes con un total de 16 estaciones. El VNR mostró los valores más altos de emisión de radón, seguida por el VCM y fnalmente el EC. Se detectaron cambios temporales en radón y CO2 para el EC y VCM, asociados con actividad sísmica. Aunque el VNR mostró los mayores valores de emisión de radón, presentó estabilidad en su actividad durante el período estudiado, algo que podría indicar un efecto retardado a posteriori en su actividad, lo que implicaría mayor actividad volcánica en un tiempo posterior, dado que el VNR aún se encuentra en un estado activo. El VCM presentó cambios temporales, que podrían estar asociados al incremento paulatino de su actividad.Se calculó la relación 222Rn/CO2 para varias estaciones. La relación fue similar para las tres zonas, y los cambios temporales en esta relación se asocian a sismicidad en las tres zonas NRV, EC y VCM. Las mediciones periódicas de radón y CO2 son una buena herramienta para la vigilancia volcánica y sísmica en esta región. Es importante contar con una línea base para entender mejor el fenómeno. Por lo tanto, es necesario continuar con el programa de mediciones regulares en esta región. Palabras clave: Gas Radón, CO2, sismicidad, volcán, actividad volcánica, pronóstico. ABSTRACT 222Rn (radon) and CO2 emissions in soil has been measured during a lapse time of several years in three different geological environments at the central part of Colombia, namely Nevado del Ruiz Volcano (NRV), an active volcanic area, Coffee Axes (CA), an active tectonic zone, and Cerro Machín Volcano (CMV), a zone starting a volcanic reactivation process, in order to compare levels of emissions and to monitoring volcanic and seismic activity. Three networks were deployed, with a total of 16 stations. NRV zone showed the highest values of radon emission, followed by CMV and fnally CA. Temporal changes of radon and CO2 emissions were detected for CA and CMV, related with seismic activity. Although NRV showed stability during the studied period, in agreement with steady tendency in radon emissions, high levels of radon emission were detected. This could be related with the level of activity of NRV, which is still in an active stage, and probably there is a delay effect on its activity, implying a future increase in its activity. For CMV, some temporal changes were detected too, associated probably with the increase in activity of this volcano. 222Rn/CO2 ratios were calculated for several stations. Ratios were similar for the three zones, and temporal changes in that ratio were associated with seismicity at NRV, AC and CMV. Regular measurements of radon and CO2 emissions is a good tool for monitoring volcanic and seismic activity in this region. A base line of data is an important initial step to understand the phenomena; therefore, it is necessary to continue with the program of regular measurements in this region. Key words: Radon gas, CO2, seismicity, volcano, volcanic activity, prognostic

Variación espacio-temporal del valor b en el Volcán Cerro Machín, Colombia

Se llevó a cabo un estudio de la variación espacio-temporal del valor b de la relación frecuencia-magnitud de sismos ocurridos en el Volcán Cerro Machín (VCM), Colombia, para el período 2007-2020. Se pudo establecer que el valor b presenta variaciones espaciales caracterizadas por valores altos (1,1-1,3) en la parte superficial del volcán, debajo del domo principal y hasta una profundidad de 1 km. Entre 1 y 6 km de profundidad, se observaron valores normales a bajos (0,8-0,6). Bajo el domo Tapias, entre 8 y 13 km de profundidad, se observaron valores altos de b (1,1-1,3). Estos valores anómalos indicarían zonas de circulación de fluidos hidrotermales en la parte superficial y posibles reservorios de magma en la parte más profunda del VCM. Adicionalmente, se observaron variaciones temporales del valor b; se destacan tres cambios importantes, relacionados con variaciones en la actividad del VCM: el primero, ocurrido en noviembre 2008, se asoció con un enjambre al NE y E del domo principal (3-5 km de profundidad); el segundo, ocurrido en agosto-diciembre 2010, se asoció con la presencia de sismicidad profunda (12-18 km) a unos 8 km al SE del domo principal, y el tercero, ocurrido en febrero de 2018, se asoció con un enjambre sísmico (3-5 km de profundidad) al SW del domo principal. Estos tres cambios se interpretan como posibles intrusiones de pulsos de magma, asociadas a un dique o silo superficial (<4 km de profundidad) y a una entrada de magma a mayores profundidades (>15 km). Algunos de estos cambios en el valor b estuvieron asociados con cambios geoquímicos o de deformación de la superficie. Los resultados de este estudio muestran que el cálculo rutinario del valor-b sirve como herramienta de monitoreo volcánico para el VCM.A study of the spatiotemporal variation of b-value for earthquakes that occurred at Cerro Machin Volcano (CMV), Colombia was carried out for the period 2007-2020. b-value showed spatial variations, with high values (1.1-1.3) at the shallow portion of the volcano, beneath the main dome up to 1 km depth from the top of the volcano. Normal to low b-values (0.8-0.6) were observed between 1 and 6 km depth all around the volcano, while high b-values (1.1-1.3) were observed beneath the Tapias dome between 8 and 13 km depth. These b-values could indicate circulation of hydrothermal fluids at shallow depths, and a possible magma reservoir at deeper portions beneath the CMV. In addition, temporal variations of the b-value were observed during the study period. Three remarkable episodes of increase in b-value were detected related to changes in CMV activity. The first, which occurred in November 2008, related to a strong earthquake swarm (3-5 km depth) located to the NE and E of the main dome. The second, occurred between August and December 2010 related to deep seismicity (12-18 km depth), 8 km southeast of the main dome. The third occurred in February 2018 related to a strong earthquake swarm (3-5 km depth) located to the SW of the main dome. These three episodes are interpreted as pulses of magma at the volcanic system of CMV, associated with a dike or sill intrusion (<4 km depth) and input of magma to a deeper reservoir of CMV (>15 km depth). Some of these changes in the b-value were correlated to changes in geochemistry and ground deformation. The results of the study confirm the idea of the routine task of b-value calculation as a volcano monitoring tool for CMV activity

RADON AND CO2 EMISSIONS IN DIFFERENT GEOLOGICAL ENVIRONMENTS AS A TOOL FOR MONITORING VOLCANIC AND SEISMIC ACTIVITY IN CENTRAL PART OF COLOMBIA

RESUMEN Se realizaron mediciones de emisiones de gas 222Rn (radon) y CO2 en suelo, durante varios años en tres diferentes ambientes geológicos en la parte central de Colombia: Volcán Nevado del Ruiz (VNR), una zona volcánica activa; Eje Cafetero (EC), una zona tectónicamente activa; y el Volcán Cerro Machín (VCM), una zona volcánica que está iniciando un proceso de reactivación. Esto con miras a comparar los niveles de emisión y hacer seguimiento a la actividad sísmica y volcánica. Se instalaron tres redes con un total de 16 estaciones. El VNR mostró los valores más altos de emisión de radón, seguida por el VCM y fnalmente el EC. Se detectaron cambios temporales en radón y CO2 para el EC y VCM, asociados con actividad sísmica. Aunque el VNR mostró los mayores valores de emisión de radón, presentó estabilidad en su actividad durante el período estudiado, algo que podría indicar un efecto retardado a posteriori en su actividad, lo que implicaría mayor actividad volcánica en un tiempo posterior, dado que el VNR aún se encuentra en un estado activo. El VCM presentó cambios temporales, que podrían estar asociados al incremento paulatino de su actividad.Se calculó la relación 222Rn/CO2 para varias estaciones. La relación fue similar para las tres zonas, y los cambios temporales en esta relación se asocian a sismicidad en las tres zonas NRV, EC y VCM. Las mediciones periódicas de radón y CO2 son una buena herramienta para la vigilancia volcánica y sísmica en esta región. Es importante contar con una línea base para entender mejor el fenómeno. Por lo tanto, es necesario continuar con el programa de mediciones regulares en esta región. Palabras clave: Gas Radón, CO2, sismicidad, volcán, actividad volcánica, pronóstico. ABSTRACT 222Rn (radon) and CO2 emissions in soil has been measured during a lapse time of several years in three different geological environments at the central part of Colombia, namely Nevado del Ruiz Volcano (NRV), an active volcanic area, Coffee Axes (CA), an active tectonic zone, and Cerro Machín Volcano (CMV), a zone starting a volcanic reactivation process, in order to compare levels of emissions and to monitoring volcanic and seismic activity. Three networks were deployed, with a total of 16 stations. NRV zone showed the highest values of radon emission, followed by CMV and fnally CA. Temporal changes of radon and CO2 emissions were detected for CA and CMV, related with seismic activity. Although NRV showed stability during the studied period, in agreement with steady tendency in radon emissions, high levels of radon emission were detected. This could be related with the level of activity of NRV, which is still in an active stage, and probably there is a delay effect on its activity, implying a future increase in its activity. For CMV, some temporal changes were detected too, associated probably with the increase in activity of this volcano. 222Rn/CO2 ratios were calculated for several stations. Ratios were similar for the three zones, and temporal changes in that ratio were associated with seismicity at NRV, AC and CMV. Regular measurements of radon and CO2 emissions is a good tool for monitoring volcanic and seismic activity in this region. A base line of data is an important initial step to understand the phenomena; therefore, it is necessary to continue with the program of regular measurements in this region. Key words: Radon gas, CO2, seismicity, volcano, volcanic activity, prognostic

TOMOGRAFÍA SÍSMICA 3D DEL SECTOR DE CÚCUTA, COLOMBIA

RESUMENSe realizó una tomografía sísmica tridimensional para el sector de Cúcuta, usando arribos de ondas P y S de sismos locales y regionales. Se pudo definir una zona de anomalía positiva Vp, en dirección E-W, entre 80 y 140km de profundidad, profundizándose hacia el W, relacionada con el plano de subducción de la Placa Caribe. Se sugiere que la colisión de este plano con la placa Suramericana, es la génesis del Nido de Bucaramanga, el cual estaría ubicado a una profundidad entre 100 y 160km. Otra zona de anomalía positiva de Vp, al S, entre 20 y 50km de profundidad, parece corresponder al trazo en profundidad (20-30km) de la Falla Bucaramanga, que en este sector es activa sísmicamente.Se encontró una zona de anomalía negativa de velocidad (0-30km) que empieza al oeste de Cúcuta y se extiende hasta el extremo W de la zona de estudio; esta zona puede estar asociada, con la parte E de la falla Boconó, y con los límites del Macizo de Santander. En el área de estudio, la placa Caribe parece presentar un plano de subducción arqueado, en forma de herradura, subduciendo hacia el sur, con un ángulo entre 40 y 45 grados.Palabras clave: Tomografía sísmica, modelo de corteza, modelo sísmico, zona de subducción, CúcutaABSTRACTA 3D seismic tomography for Cúcua area was done, by using P and S waves arrival times from local and regional earthquakes. A high-Vp zone E-W, between 80-140km depth, going down toward W, is related with the subduction slab of Caribbean plate. The collision of these plate with South America plate is the source of Bucaramanga seismic nest, which is located between 100 and 160km depth. Other high-Vp zone to the South, between 20 and 50km depth, seems to correspond with the seismically active Bucaramanga Fault.A Low-Vp zone (0-30km depth) starting to the W of Cúcuta, and ending at the limit of the study area was found; this Low-Vp zone is associated with the eastern part of Boconó Fault, and with the Santander massif limit to the west. The Caribbean plate seems to exhibit a subduction plane in horse-shoe shape, deeping to the south, with an angle between 40 and 45 degres.Keywords: Seismic tomography, crustal model, seismic model, subduction slab, Cúcuta.

TOMOGRAFÍA SÍSMICA 3D DEL SECTOR DE CÚCUTA, COLOMBIA

RESUMENSe realizó una tomografía sísmica tridimensional para el sector de Cúcuta, usando arribos de ondas P y S de sismos locales y regionales. Se pudo definir una zona de anomalía positiva Vp, en dirección E-W, entre 80 y 140km de profundidad, profundizándose hacia el W, relacionada con el plano de subducción de la Placa Caribe. Se sugiere que la colisión de este plano con la placa Suramericana, es la génesis del Nido de Bucaramanga, el cual estaría ubicado a una profundidad entre 100 y 160km. Otra zona de anomalía positiva de Vp, al S, entre 20 y 50km de profundidad, parece corresponder al trazo en profundidad (20-30km) de la Falla Bucaramanga, que en este sector es activa sísmicamente.Se encontró una zona de anomalía negativa de velocidad (0-30km) que empieza al oeste de Cúcuta y se extiende hasta el extremo W de la zona de estudio; esta zona puede estar asociada, con la parte E de la falla Boconó, y con los límites del Macizo de Santander. En el área de estudio, la placa Caribe parece presentar un plano de subducción arqueado, en forma de herradura, subduciendo hacia el sur, con un ángulo entre 40 y 45 grados.Palabras clave: Tomografía sísmica, modelo de corteza, modelo sísmico, zona de subducción, CúcutaABSTRACTA 3D seismic tomography for Cúcua area was done, by using P and S waves arrival times from local and regional earthquakes. A high-Vp zone E-W, between 80-140km depth, going down toward W, is related with the subduction slab of Caribbean plate. The collision of these plate with South America plate is the source of Bucaramanga seismic nest, which is located between 100 and 160km depth. Other high-Vp zone to the South, between 20 and 50km depth, seems to correspond with the seismically active Bucaramanga Fault.A Low-Vp zone (0-30km depth) starting to the W of Cúcuta, and ending at the limit of the study area was found; this Low-Vp zone is associated with the eastern part of Boconó Fault, and with the Santander massif limit to the west. The Caribbean plate seems to exhibit a subduction plane in horse-shoe shape, deeping to the south, with an angle between 40 and 45 degres.Keywords: Seismic tomography, crustal model, seismic model, subduction slab, Cúcuta.

Caracterización de sismos tipo tornillo registrados durante la crisis del volcán Sabancaya 2013 y del volcán Ubinas 2014

Durante las crisis sísmicas de los volcanes Sabancaya (Mayo - Julio de 2013) y Ubinas (Enero - Abril de 2014), se observó la ocurrencia de eventos sísmicos de largo periodo tipo “Tornillo” (TOR), los cuales fueron asociadas a la interacción de mezclas de gas, líquido y sólido, a altas presiones, en una fuente resonadora. Se utilizó el método de análisis espectral SOMPI que se basa en una ecuación autorregresiva homogénea y usa espectros en el espacio de la frecuencia compleja para proveer las características del decaimiento y los periodos de oscilación de una señal. El método se aplicó a los eventos tipo TOR y se realizó un análisis de los resultados de los valores de frecuencia (f) y del factor de calidad (Qr) obtenidos. Para ambos volcanes, se encontraron valores bajos de Qr (30 - 60), lo que implicaría altas fracciones de volúmenes de gas, entre 60 – 70 %. El modelo conceptual para este estudio, indica que posiblemente una composición importante del fluido que genera los tornillos en ambos volcanes, sea una fase gaseosa, producto de la interacción del sistema magmático e hidrotermal. La fuente dónde se encuentran las mezclas de fluidos, posee tamaños entre 20 y 40 m y se localizan a profundidades entre 500 m y 1 km desde la cima del volcán. La correlación de los resultados con otros métodos de monitoreo, muestran que es probable que sea la fase inicial de una actividad importante para ambos volcanes, en el cual fluidos magmáticos y/o magma, estén en un proceso de ascenso y/o emplazamiento

ACTIVITY AND Vp/Vs RATIO OF VOLCANO-TECTONIC SEISMIC SWARM ZONES AT NEVADO DEL RUIZ VOLCANO, COLOMBIA

An analysis of the seismic activity for volcano-tectonic earthquake (VT) swarms zones at Nevado del Ruiz Volcano (NRV) was carried out for the interval 1985- 2002, which is the most seismic active period at NRV until now (2010). The swarm-like seismicity of NRV was frequently concentrated in very well defined clusters around the volcano. The seismic swarm zone located at the active crater was the most active during the entire time. The seismic swarm zone located to the west of the volcano suggested some relationship with the volcanic crises. It was active before and after the two eruptions occurred in November 1985 and September 1989. It is believed that this seismic activity may be used as a monitoring tool of volcanic activity. For each seismic swarm zone the Vp/Vs ratio was also calculated by grouping of earthquakes and stations. It was found that each seismic swarm zone had a distinct Vp/Vs ratio with respect to the others, except for the crater and west swarm zones, which had the same value. The average Vp/Vs ratios for the seismic swarm zones located at the active crater and to the west of the volcano are about 6-7% lower than that for the north swarm zone, and about 3% lower than that for the south swarm zone. We suggest that the reduction of the Vp/Vs ratio is due to degassing phenomena inside the central and western earthquake swarm zones, or due to the presence of microcracks inside the volcano. This supposition is in agreement with other studies of geophysics, geochemistry and drilling surveys carried out at NRV

COMBINACIÓN FIJA DE CLASIFICADORES PARA LA DISCRIMINACIÓN DE SEÑALES SÍSMICAS VOLCÁNICAS

Los eventos sísmicos tienen una gran variedad de clases, las cuales se manifiestan en mayor o menor frecuencia dependiendo del volcán en estudio. En este artículo se presenta un método de clasificación de eventos sísmicos del volcán Nevado del Ruiz mediante reglas fijas de combinación de clasificadores, buscando de esta manera explotar la multiplicidad de datos de los registros del Observatorio Vulcanológico y Sismológico de Manizales, provenientes de las diversas estaciones de monitoreo. El objetivo es aprovechar los múltiples conjuntos de entrenamiento que se pueden obtener a partir de eventos que fueron registrados simultáneamente en varias estaciones, lo cual garantiza la independencia de datos y, por lo tanto, el aumento del desempeño de clasificadores combinados bajo las reglas de producto y suma